基于proteus的步進電機電機仿真

1、基于proteus的步進電機電機仿真摘要：步進電機廣泛應(yīng)用在生產(chǎn)實踐的各個領(lǐng)域。它最大的應(yīng)用是在數(shù)控機床的制造中，因為步進電機不需要A/D轉(zhuǎn)換，能夠直接將數(shù)字脈沖信號轉(zhuǎn)化成為角位移，所以被認(rèn)為是理想的數(shù)控機床的執(zhí)行元件。本設(shè)計利用proteus仿真軟件進行電路仿真，系統(tǒng)通過設(shè)置四個按鍵分別控制不進電機的起止、圈數(shù)、方向、不進速度，使用1602液晶顯示以上參數(shù)。整個系統(tǒng)具有穩(wěn)定性好，實用性強，操作界面友好等優(yōu)點。關(guān)鍵詞：proteus仿真不進電機拍數(shù)一、Proteus簡介ProteusISIS是英國Labcenter公司開發(fā)的電路分析與實物仿真軟件。它運行于Windows操作系統(tǒng)上，可以仿真、分

2、析(SPICE)各種模擬器件和集成電路，該軟件的特點是：實現(xiàn)了單片機仿真和SPICE電路仿真相結(jié)合。具有模擬電路仿真、數(shù)字電路仿真、單片機及其外圍電路組成的系統(tǒng)的仿真、RS232動態(tài)仿真、I2C調(diào)試器、SPI調(diào)試器、鍵盤和LCD系統(tǒng)仿真的功能；有各種虛擬儀器，如示波器、邏輯分析儀、信號發(fā)生器等。支持主流單片機系統(tǒng)的仿真。目前支持的單片機類型有：68000系列8051系列、AVR系列、PIC12系列、PIC16系列、PIC18系列、Z80系列、HC11系列以及各種外圍芯片。提供軟件調(diào)試功能。在硬件仿真系統(tǒng)中具有全速、單步、設(shè)置斷點等調(diào)試功能，同時可以觀察各個變量、寄存器等的當(dāng)前狀態(tài)，因此在該軟件

3、仿真系統(tǒng)中，也必須具有這些功能；同時支持第三方的軟件編譯和調(diào)試環(huán)境，如KeilC51uVision2等軟件。具有強大的原理圖繪制功能?？傊?，該軟件是一款集單片機和SPICE分析于一身的仿真軟件，功能極其強大。二、整體電路分析如下圖，整個設(shè)計以STC89C51單片機為中心，由復(fù)位電路，時鐘電路，電機驅(qū)動，步進電機，顯示電路等組成，硬件模塊如圖2-1所示：圖1硬件模塊圖通過按鍵進行相應(yīng)的參數(shù)設(shè)定，單片機接收到信號后經(jīng)過判斷驅(qū)動電機驅(qū)動模塊，然后由驅(qū)動電路驅(qū)動步進電機運轉(zhuǎn)，并用1602顯示設(shè)置的參數(shù)。三、系統(tǒng)硬件電路選擇與設(shè)計1、主控器的選擇按照題目要求本次主控單元使用C51單片機對整個系統(tǒng)進行控制

4、。STC89C51RC包含512字節(jié)RAM、32條I/O口線、3個16位定時/計數(shù)器、8輸入4優(yōu)先級嵌套中斷結(jié)構(gòu)、1個串行I/O口（可用于多機通信、I/O擴展或全雙工UART）以及片內(nèi)振蕩器和時鐘電路。此外，由于器件采用了靜態(tài)設(shè)計，可提供很寬的操作頻率范圍（頻率可降至0）?？蓪崿F(xiàn)兩個由軟件選擇的節(jié)電模式、空閑模式和掉電模式?？臻e模式凍結(jié)CPU,但RAM、定時器、串口和中斷系統(tǒng)仍然工作。掉電模式保存RAM的內(nèi)容，但是凍結(jié)振蕩器，導(dǎo)致所有其它的片內(nèi)功能停止工作。由于設(shè)計是靜態(tài)的，時鐘可停止而不會丟失用戶數(shù)據(jù)。運行可從時鐘停止處恢復(fù)。所以該單片機可以滿足系統(tǒng)要求，電路圖如下：-Au23CdQCTTO

5、Au530AU632UZO1D0Q3nD935Z62OQZnW7T6.A05I05420005LAM7rCO-C-XOCMTHwlAAr03CGOB_AUAM7nwrLdQCG-toon-OAUAMAOnwr2DAMAnwr-IDA/dwRwgbDVAK/nvoarAT89C51NtsrA二ela7dp6dr5dp厶：p3dr2dr1dpodr圖2單片機最小系統(tǒng)電路圖2、步進電機選擇步進電機是一種能夠?qū)㈦娒}沖信號轉(zhuǎn)換成角位移或線位移的機電元件，它實際上是一種單相或多相同步電動機。單相步進電動機有單路電脈沖驅(qū)動，輸出功率一般很小，其用途為微小功率驅(qū)動。多相步進電動機有多相方波脈沖驅(qū)動，用途很廣。

6、本設(shè)計使用的是四相三拍步進電機，連接圖如下：A1B2C3D4567COM1B1C2B2C3B3C4B4C5B5C6B6C7B7CU2ULN2004A圖3步進電機接線圖3、驅(qū)動電路的選擇驅(qū)動模塊我們使用集成驅(qū)動芯片ULN2003，給芯片是高耐壓、大電流達林頓管由七個硅NPN達林頓管組成。該電路的特點如下：ULN2003的每一對達林頓都串聯(lián)一個2.7K的基極電阻，在5V的工作電壓下它能與TTL和CMOS電路直接相連，可以直接處理原先需要標(biāo)準(zhǔn)邏輯緩沖器來處理的數(shù)據(jù)。ULN2003工作電壓高，工作電流大，灌電流可達500mA，并且能夠在關(guān)態(tài)時承受50V的電壓，輸出還可以在高負(fù)載電流并行運行。1腳輸入，

7、16腳輸出，你的負(fù)載接在VCC與16腳之間，不用9腳。.h.SLJ-vrrYrlYrrYr.卜a!BBBBBnpB12345674圖10兀1D1U162B2153B3144B斗135B5126117B710E891C2C3C4C5C6C7CCOM內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖圖5ULN2003管腳圖ULN2003是大電流驅(qū)動陣列，多用于單片機、智能儀表、PLC、數(shù)字量輸出卡等控制電路中?？芍苯域?qū)動繼電器等負(fù)載。所以足以滿足驅(qū)動步進電機的要求，連接圖如下：9A1COM1B1CB22B2CC33B3CD44B4C55B5C66B6C77B7CU2ULN2003A1613121110圖6uln2003接線圖4、顯示電路

8、的LCD顯示模塊是把LCD顯示屏、背景光源、線路板和驅(qū)動集成電路等部件構(gòu)造成1個整體作為1個獨立部件使用，只留1個接口與外部通信。顯示模塊通過這個接口接收顯示的命令和數(shù)據(jù)，并按指令和數(shù)據(jù)的要求進行顯示，外部電路通過這個接口讀出顯示模塊的工作狀態(tài)和顯示數(shù)據(jù)。1602液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲器（CGROM）已經(jīng)存儲了160個不同的點陣字符圖形，這些字符有：阿拉伯?dāng)?shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號和日文假名等，每1個字符都有1個固定的代碼。用戶對模塊寫入適當(dāng)?shù)目刂泼?，即可完成清屏、顯示、地址設(shè)置等操作。設(shè)計采用并行方式控制，LCD與單片機的通訊接口電路如圖3所示采用直連的方法。LCD2LM016

9、LSTOPNUH：20RRTE：3DDDDDDDDEWRSPEbvSSV44AU0QJGDcm-ltqO4AU9381D5WR4SH2ccv圖71602顯示電路接線圖5鍵盤輸入模塊電路設(shè)計中，鍵盤采用非編碼鍵盤系統(tǒng)中的獨立式按鍵結(jié)構(gòu)。鍵盤工作方式采用定時掃描方式。采用定時器TO定時，通過輸出數(shù)據(jù)，識別按鍵的工作狀態(tài)。鍵盤主要用來提供人機接口，電路如圖3所示，采用獨立式按鍵電路，各按鍵開關(guān)均采用了上拉電阻，保證在按鍵斷開時，各I/O有確定的高電平。按鍵功定義如下：當(dāng)P32按下時，步進電機開始加速；當(dāng)P33按下時，步進電機開始減速；當(dāng)P3.4按下時，步進電機開始正轉(zhuǎn)；當(dāng)P3.5按下時，步進電機開始

10、反轉(zhuǎn)。按鍵抖動的消除采用軟件消抖實現(xiàn)。連接圖如下：圖8按鍵接連接圖四、系統(tǒng)軟件設(shè)計1、軟件流程圖2程序代碼見附件。五、總結(jié)采用模塊程序設(shè)計，逐個模塊調(diào)好以后，再進行系統(tǒng)程序總調(diào)試。利用仿真軟件Proteus及KeilC5l進行調(diào)試。系統(tǒng)實現(xiàn)了可程序設(shè)定和顯示步進角、步進方向和步進速度，支持用開關(guān)量單獨控制步進電機的轉(zhuǎn)向，轉(zhuǎn)速。電路簡單可靠，結(jié)構(gòu)緊湊，控制靈活，成本低，可移植性強。經(jīng)實驗驗證，本系統(tǒng)對步進電機的各項控制都能達到比較理想的效果，具有較高的實用價值。通過此次課程設(shè)計，我不僅將知識融會貫通，而且在查找資料的過程中也了解了許多課外知識，開拓了視野，使自己在專業(yè)知識方面和動手能力方面有了很

11、大的提高，讓我學(xué)會了理論到實踐的轉(zhuǎn)化，即如何將自己學(xué)到的運用到以后的生活和工作中，同時，也讓我意識到團隊精神的重要性。此外，感謝丁老師的悉心教導(dǎo)以及同學(xué)的幫助，正是王老師細(xì)心的輔導(dǎo)和提供的一些參考資料還有同學(xué)們的互相幫助，讓我順利的完成了畢業(yè)設(shè)計，相信這對我以后的生活和工作都會有很大的幫助。六參考文獻徐薇莉，曹柱中控制理論與設(shè)計M.上海：上海交通大學(xué)出版社.2003.黃堅.自動控制原理及其應(yīng)用M.北京：高等教育出版社，2004.先鋒工作室.單片機程序設(shè)計實例M.北京：清華大學(xué)出版社，2003.4王幸之，鐘愛琴.AT89系列單片機原理及接口技術(shù)M.北京：北京航天大學(xué)出版社，2004.康華光，陳大

12、欽.模擬電子電路M.北京：高教育出版社，2004.七附錄（1）整體電路圖RP12-DiDDRESPACK-82CGVazoT6-DLCD2LM016LSTOPNUn：20RATE：34sn6.7COM1B1C2B2C3B3C4B4C5B5C6B6C7B7CU210916ULN2004A1413WR2SHAOU63ouzoboGTO&UO3625ZE3ZOGN253102noA05III彳65AT7r4Ar0roCLOap-CM-crap-oCQJap-oytoap-ZUAPffvMurCOQCC-XPCD-crtuAPOMUrdQ82）程序代碼#include#include#defineuc

13、harunsignedchar#defineuintunsignedint#definedelayNOP();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();unsignedcharcodeFFW8=0 xfe,0 xfc,0 xfd,0 xf9,0 xfb,0 xf3,0 xf7,0 xf6;/反轉(zhuǎn)unsignedcharcodeREV8=0 xf6,0 xf7,0 xf3,0 xfb,0 xf9,0 xfd,0 xfc,0 xfe;/正轉(zhuǎn)/unsignedcharcodeFFW8=0 x01,0 x03,0 x02,0 x06,0 x04,0 x0c,0 x08,0 x09

14、;/反轉(zhuǎn)/unsignedcharcodeREV8=0 x09,0 x08,0 x0c,0 x04,0 x06,0 x02,0 x03,0 x01;/正轉(zhuǎn)sbitK1=P32/運行與停止sbitK2=P33;/設(shè)定圈sbitK3=P34;/方向轉(zhuǎn)換sbitK4=P35;/速率調(diào)整sbitLCD_RS=P20;sbitLCDRW=P21;sbitLCD_EN=P22;biton_off=0;/運行與停止標(biāo)志bitdirection=1;/方向標(biāo)志bitrate_dr=1;/速率標(biāo)志bitsnum_dr=1;/圈數(shù)標(biāo)志ucharcodecdis1=NO.0738230126;ucharcodecd

15、is2=2012/5/24;ucharcodecdis3=STOP;ucharcodecdis4=NUM:RATE:;ucharcodecdis5=RUNNING;ucharm,v=0,q=0;ucharnumber=0,number1=0;ucharsnum=20,snum1=20;/預(yù)設(shè)定圈數(shù)ucharrate=3;/預(yù)設(shè)定速率uchardata_temp,data_temP0,data_temp2;/*/*延時t毫秒/*11.0592MHz時鐘，延時約1ms/*/voiddelay(uintt)uchark;while(t-)for(k=0;k124;k+)/voiddelayB(uch

16、arx)/x*0.14MSuchari;while(x-)for(i=0;i13;i+)/jsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjs/*/*檢查LCD忙狀態(tài)/*lcd_busy為1時，忙，等待。為0時，閑，可寫指令與數(shù)據(jù)。/*/bitlcd_busy()bitresult;LCD_RS=0;LCD_RW=1;LCD_EN=1;delayNOP();result=(bit)(P0&0 x80);LCD_EN=0;re

17、turn(result);/*/*寫指令數(shù)據(jù)到LCD/*RS=L,RW=L,已=高脈沖，D0-D7=指令碼。/*/voidlcd_wcmd(ucharcmd)while(lcd_busy();LCD_RS=0;LCD_RW=0;LCD_EN=0;_nop_();_nop_();P0=cmd;delayNOP();LCD_EN=1;delayNOP();LCD_EN=0;/jsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjs/

18、*/*寫顯示數(shù)據(jù)到LCD/*RS=H,RW=L,已=高脈沖，D0-D7=數(shù)據(jù)。/*/voidlcd_wdat(uchardat)while(lcd_busy();LCD_RS=1;LCD_RW=0;LCD_EN=0;P0=dat;delayNOP();LCD_EN=1;delayNOP();LCD_EN=0;/jsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjs/*/*LCD初始化設(shè)定/*/jsjsjsjsjsjsjsjsj

19、sjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjs/voidlcd_init()delay(30);/16*2顯示，5*7點陣，8位數(shù)據(jù)lcd_wcmd(0 x38);delay(5);lcd_wcmd(0 x38);delay(5);lcd_wcmd(0 x38);lcd_wcmd(0 x0c);delay(5);lcd_wcmd(0 x06);delay(5);lcd_wcmd(0 x01);delay(5);delay(5);/顯示開，關(guān)光標(biāo)/移動光

20、標(biāo)/清除LCD的顯示內(nèi)容/jsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjs/*/*設(shè)定顯示位置/*/jsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjs/voidlcd_pos(ucharpos)lcd_wcmd(pos|0 x80);/數(shù)據(jù)指針=80

21、+地址變量/jsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjs/*/*LCD1602初始顯示子程序/*/jsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjs/voidLCD_init_DIS()delay(10);lcd_init();lcd_pos(0

22、);m=0;while(cdis1m!=0)lcd_wdat(cdis1m);m+;lcd_pos(0 x40);m=0;while(cdis2m!=0)lcd_wdat(cdis2m);m+;delay(3000);lcd_pos(0);m=0;while(cdis3m!=0)lcd_wdat(cdis3m);m+;lcd_pos(0 x40);m=0;while(cdis4m!=0)lcd_wdat(cdis4m);/延時/初始化LCD/設(shè)置顯示位置為第一行的第1個字符/顯示字符/設(shè)置顯示位置為第二行第1個字符/顯示字符/延時/設(shè)置顯示位置為第一行的第1個字符/顯示字符/設(shè)置顯示位置為第二

23、行第1個字符/顯示字符m+;for(m=0;m2;m+)lcd_pos(0 x0c+m);/顯示方向符號lcd_wdat(0 x3e);/jsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjs/*/*數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換子程序/*/jsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsj

24、sjsjsjs/voiddata_conv()data_temP0=data_temp/10;/高位if(data_temP0=0)data_temP0=0 x20;/高位為0不顯示elsedata_temP0=data_temP0+0 x30;data_temp2=data_temp%10;/低位data_temp2=data_temp2+0 x30;/jsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjs/*/*數(shù)據(jù)顯示子

25、程序/*/jsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjs/voiddata_dis()data_temp=snum;/顯示圈數(shù)data_conv();lcd_pos(0 x44);lcd_wdat(data_temP0);lcd_pos(0 x45);lcd_wdat(data_temp2);data_temp=rate;/顯示速率data_conv();lcd_pos(0 x4d);lcd_wdat(data_tem

26、P0);lcd_pos(0 x4e);lcd_wdat(data_temp2);/jsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjs/*/*顯示運行方向符號/*/jsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjs/voidmotor_DR()if(di

27、rection=1)/正轉(zhuǎn)方向標(biāo)志for(m=0;m2;m+)lcd_pos(0 x0c+m);/顯示方向符號lcd_wdat(0 x3e);elsefor(m=0;m2;m+)/反轉(zhuǎn)方向標(biāo)志lcd_pos(0 x0c+m);/顯示方向符號lcd_wdat(0 x3c);/jsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjs/*/*顯示運行狀態(tài)/*/jsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjs

28、jsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjs/voidmotor_RUN()if(on_off=1)TR0=1;lcd_pos(0);/設(shè)置顯示位置為第一行的第1個字符m=0;while(cdis5m!=0)lcd_wdat(cdis5m);/RUNNINGm+;motor_DR();/elseTR0=0;P0=0 x0f;lcd_pos(0);/設(shè)置顯示位置為第一行的第1個字符m=0;while(cdis3m!=0)lcd_wdat(cdis3m);/STOPm+;motor_DR();/

29、snum=snum1;/number1=0;/清圈數(shù)計數(shù)器/jsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjs*主程序*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*/main()LCD_init_DIS();TMOD=OxOl;/T0定時方式

30、1TOC o 1-5 h zTL0=0 x33;TH0=0 xf5;EA=1;ET0=1;P1=0;while(1)if(K1=0)/beep();while(K1=0);/等待鍵釋放on_off=on_off;motor_RUN();/K1end/jsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjs/if(K2=0)if(snum_dr=1)snum+;snum1=snum;if(snum=0 x14)snum_dr=snum_dr;elsesnum-;snum1=snum;if(snum=0 x01)snum_dr=snum_dr;/K2end/jsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjs